煤礦無人工作面中視頻監控系統的研究

何 芳，王俊娟

（1.山西職工醫學院，山西 太原 030012；2.聞喜縣西官莊中學，山西 聞喜 043800）

煤礦監控系統是煤礦安全生產綜合監控系統的重要組成部分。目前，煤礦系統的監控分為井下監控系統和井上監控系統兩大類。煤礦井下作業因為遠離地面，地形復雜，環境惡劣，所以容易發生事故。利用遠程視頻監控系統，地面監控人員可以直接對井下情況進行實時監控，不僅能直觀地監視和記錄井下工作現場的安全生產情況，而且能及時發現事故“苗子”，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關的第一手圖像資料。基于TCP/IP協議的IP網的應用得到廣泛普及，高速寬帶主干網的建成和各地區高速接入系統的迅速發展，促進了基于IP技術的各種視頻通信應用，如網絡遠程視頻監控系統的發展。所以在煤礦監控系統中引入現代網絡遠程視頻監控系統將是一種趨勢。

1 視頻傳輸技術

煤礦監控的系統組成包括監控前端、傳輸方式、監控中心、監控終端等部分。監控前端包括防爆攝像機、模擬攝像機、視頻編碼器、網絡攝像機、報警輸入/輸出設備等。還可以根據用戶及環境的不同需求，另外加配護罩等。

此外，根據監控傳輸方式的不同，還可以分為以下3種：

（1）線纜傳輸，其優點是不會產生電磁干擾，相對于其他傳輸方式，也不會產生電火花，避免了可能引發的瓦斯爆炸。但也有缺點，包括有的礦井長達幾千米，傳統的布線方式無法滿足；布線困難，如果按著傳統布線方式，有幾路監測點，就要拉幾條視頻線，在井上尚且困難，在井下就會更加困難。

（2）光纖傳輸，可以使布線方便，傳輸的路數多，不會造成傳輸信號堵塞。其缺點是煤礦井下環境特殊，不允許在井下進行融接，所以必須在井上融接好后再到井下，這無疑增加了施工的難度；井下會有各種突發事故發生，如果光纖斷裂，就需要將所有監測點光纖拉到井上重新進行融接，這無疑又會增加額外的人力、物力、財力，同時也會造成監控的盲區；由于光端機成本很高，這無疑會增加工程的成本；后期增加監控點不容易。

（3）無線監控，它的布線簡單，成本低：信號通過微波傳輸，降低了系統成本和施工難度；信號抗干擾性強，不易失真，傳輸無延時；系統設備可以將800線的攝像頭信號高保真地傳送，其傳輸速度快，沒有延時；采用頻率2.4 G和5.8 G技術，可以在較遠的范圍內傳輸，而且可以添加放大器或者無線數字微波中繼傳輸機以延長傳輸距離，監控距離可達數10 km。后期維護簡單方便：系統結構簡單，如果有新增節點加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現故障查找容易，維護方便，簡單可靠。

2 工作面視頻監控

井下工作面環境相對巷道視頻監測要復雜和困難。大型設備較多，并且在不斷向前推移，帶來設備布線困難，電磁干擾較多；粉塵、水霧較大，導致監測效果不佳。如何將工作面完全視頻化監控還沒有一個較好的方案。

根據煤礦監控系統建設的要求和國家有關法規，煤礦監控系統的建設方案要具有性能穩定、質量可靠、經濟實用等特點，具有方便擴展、與數字電子信息系統實現無縫連接，為實現高科技可視化安防系統的管理奠定了基礎。

（1）布線簡單、安裝方便、損害率低。

（2）開放性原則：設計的現場總線結構是開放性系統，實現與未來設備的更多互連和互操作，且能方便地融于城市信息網絡中。

（3）先進性：煤礦監控系統應盡量采用先進技術產品設備，只有采用先進技術設備，才能保證系統先進性。

（4）可靠性：系統的可靠性是第一位的，在方案設計中必須充分考慮系統的安全，依照安全國家標準采取安全管理措施，保證監控系統安全可靠運行。

（5）經濟性：系統的經濟性是一個重要因素，使系統具有良好的性能價格比是共纜監控系統設計的一個重要原則。

（6）可擴展性：在系統需要擴展時，前端設備數量將靈活增加，不改變系統的運行方式，以保證用戶的投資安全。

（7）實用性：采用高科技手段，進行智能化設計，盡量減少系統操作的復雜性，并做到系統工作穩定可靠、維護簡單；軟件使用界面友好，完全達到智能化控制。

結合工作面的實際情況，對視頻監控系統設計了共纜傳輸方案，該方案具有以下特點：①共纜傳輸方式是將多個監控點信號共用一根電纜傳輸，大大節省了線纜數量和施工時間，降低了系統成本和施工難度。②該系統以同軸電纜作為傳輸介質，安裝工藝簡單，性能可靠。③信號抗干擾性強，系統采用特殊的信號調制方式，克服了普通同軸電纜信號易受干擾的缺點，視頻信號不易失真，傳輸無延時，畫面清晰，傳輸速度快，基本沒有延時。④傳輸距離遠，采用頻率拓展技術，可以在較遠的范圍內傳輸，而且可以添加放大器以延長傳輸距離，監控距離可達數千米。⑤系統結構簡單，維護、擴展簡單方便，有新增節點加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現故障查找容易，維護方便，簡單可靠。⑥系統特別適合煤礦井下采煤工作面、掘進工作面的監視點位置經常的動態檢測點。

圖1 共纜視頻監控系統

共纜監控系統由地面中心鉆，共纜主控軟件、礦用隔爆攝像儀、礦用視頻遠傳器、礦用視頻插入器、礦用視頻單向放大器、視頻還原處理器、共纜監控器、轉換隔離器、和監控計算機組成，結構圖見圖1。

3 結論

文章闡述了現有煤礦使用的視頻監控系統的3種方法，結合工作面視頻監控的實際環境和要求，分析了3種辦法的優缺點，最終設計了一種適合本集團公司礦井實際情況的工作面視頻監控方案。該方案解決了布線難、安裝復雜、維護困難等弊病，是一種值得推廣的方案。